원자력그린수소, 소형원자로 기반 일체형 재생 연료전지 시스템(1)

일체형 재생 연료전지(URFC, Unitized Regenerative Fuel Cell)는 전해조(EC, Electrolyzer Cell)와 연료전지(FC, Fuel Cell)를 한개 유니트로 통합한 것이다. 전해조는 물을 수소와 산소로 분리하고, 연료전지는 수소와 산소를 결합하여 전기와 물을 생산한다. 스위칭 모드를 적용하여 양방향으로 운전한다.

URFC가 효율적으로 작동하기 위해서는 전해조 또는 연료전지 모드에서 이중 기능 촉매가 필요하다. 백금은 수소 전극에서는 효과적이나, 산소 전극에 적합하지 않다. 미국 워싱턴 대학 연구팀은 백금과 납 루테네이트 파이로클로르(lead ruthenate pyrochlore)의 합성물인 백금-파이로클로르(Pt-Pyrochlore)에서 우수한 이중 기능(bifunctionality)을 찾아냈다.

'이중 기능 지수'는 반응의 순방향 및 역방향 모두를 촉진하는 촉매의 능력을 측정하는 지수이다. 연구팀이 개발한 촉매를 URFC에 적용한 결과, 75%의 양방향 에너지 효율(RTE, Round-Trip Energy efficiency)을 얻을 수 있었다. 기존의 에너지전환 효율 45% 보다 상당히 높은 효율이다.

소형모듈원전(SMR)의 무탄소 전력과 고온 열을 URFC에 공급하면 안정적이고 연속적으로 그린수소와 전력을 생산할 수 있다. URFC는 지상, 해상, 우주항공 분야에 많은 장점을 제공한다. 특히 잠수정, 무인 항공기, 인공위성, 우주선, 그리고 오프-그리드(off-grid)에서 장주기 에너지저장을 할 수 있다.

https://phys.org/news/2021-10-catalyst-combine-fuel-cell-battery.html